Render- 關於Unity渲染方面的優化（下）

來自專欄 Unity

如果渲染問題是由GPU瓶頸（GPU bound）引起的

首先，大多數GPU的性能瓶頸問題主要來自於 填充率（fill rate），尤其在移動設備上，其次

Fill rate

填充率，與GPU每秒可以渲染到屏幕的像素數量有關。如果我們的遊戲受到填充率的限制，那麼說明我們的遊戲每一幀輸出到屏幕的像素數量超過了GPU的承載限度。

要檢查是否是 填充率 導致的GPU瓶頸方式很簡單，

1. 運行遊戲，在Profiler窗口觀察GPU的效率
2. 減小Game窗口的尺寸達到降低窗口解析度的效果
3. 再運行遊戲，觀察GPU的效率，如果遊戲的表現提升了，那麼很可能就是填充率導致的問題。

確定了是填充率導致的，我們可以通過以下幾個方面來進行優化：

片元著色器（Fragment Shader）是shader代碼塊中告訴GPU該如何逐像素渲染的部分，這部分代碼是由GPU來執行的，並且每一個像素都會被計算。複雜的片元著色器代碼常常是引起填充率問題的根源。

• 如果我們的遊戲使用的是內置shader，我們應該儘可能使用最簡單的且最優的shader來達到我們的預期效果。比如，unity的針對移動平台的內置shader，它經過一定的優化。這類shader不但適用移動平台，也適用於其他平台的任何項目。在不失預期效果的前提下，使用」mobile」類的shader是最佳選擇。
• 如果被渲染對象使用的是unity的 標準shader（standard shader），要知道 unity是基於它當前所在的材質面板中的設置來進行編譯。而且只有當該材質被使用時shader才被編譯。這意味著，通過移除一些材質上的特性比如 detailed maps 會導致片元著色器的計算複雜度降低，即提升性能表現。當然，實際項目中，在不失預期效果的前提下，我們可以通過改變材質的設置來測試是否提升了GPU性能。

• 如果使用 自定義shader，我們應該儘可能去優化它。這裡是一些自定義shader的優化方案。

Overdraw 是當同一個像素被進行多次繪製導致的一種現象。這種現象會產生比較嚴重的填充率問題。要理解overdraw， 我們必須要知道unity場景中渲染對象的渲染順序。一個渲染對象的shader決定了它被渲染順序，通過在shader中設置 渲染隊列（render queue）這個屬性來改變引擎對其渲染對象的渲染順序。在不同渲染隊列中的對象也是按照不同的順序進行排列。比如，unity在 幾何體隊列（Geometry Queue）中，是按照 從前到後（front-to-back）的順序來對幾何體來進行繪製，這樣可以最小化overdraw，但是在透明隊列（Transparent Queue）中，是按照 從後到前（back-to-front）的順序來實現屏幕上物體的透明效果。Overdraw的優化是一個比較複雜的話題，沒有一個萬能的解決方案，但是我們可以通過減少那些無法自動排列的渲染對象的重疊（overlapping）是關鍵。我們最好從unity的Scene 試圖著手研究，在我們編輯器下的Draw Mode里可以讓我們看到當前場景中的overdraw情況。

這可以幫我們定位哪些地方可以減少overdraw。其實，產生overdraw的始作俑者主要是透明的材質、未優化的粒子 以及 重疊的UI元素，具體方法這裡就不展開了，對overdraw如何優化的小夥伴可以點擊 這裡。

後處理也是導致填充率問題的關鍵，尤其是我們使用了超過一種後處理。如果在項目中我們遇到了後處理的問題，我們需要通過進行不同的設置和測試來達到優化的目的（諸如 Bloom等後處理效果）。如果同一個相機上有不止一種後處理效果，這會導致許多pass通道的使用，引起性能瓶頸，這種情況下最好將shader代碼中後處理的部分合併到一個pass通道下。如果這樣做還是沒用，那可能就要考慮不使用這些效果，尤其是在一些低端機上。

內存帶寬（Memory bandwidth）

內存帶寬指的是GPU可以讀取和寫入的速率。如果遇到內存帶寬的問題，常常是由於我們使用了非常大的紋理以至於GPU無法快速的處理它。

如果檢查是否是內存帶寬的問題，我們可以參考以下步驟：

1. 運行遊戲並關注GPU的性能情況
2. 減少紋理的精度，並且可以在Quality Settings中進行相關設置。
3. 再次運行遊戲並且關注GPU的性能情況

如果是內存帶寬的問題，我們需要減小紋理佔用的顯存。關於如何優化我們的紋理：

紋理壓縮（Texture compression）是一種可以大大減少存儲在磁碟上或者內存上的紋理大小的方式。Unity提供許多種不同的紋理壓縮的格式以及其對應的設置，來幫助設置紋理的大小。

Mipmaps是一種低解析度的紋理貼圖。當場景中的渲染物體距離相機比較遠時，我們可以通過Mipmaps選項來緩解GPU的內存帶寬。

將Scene場景下的繪製模式改成Mipmaps可以幫助我們知道場景中哪些對象的紋理可以使用MipMaps。

頂點處理（Vertex processing）

頂點處理是指GPU在渲染流程中要對網格的每一個頂點進行計算。頂點處理工作的開銷主要體現在兩個方面：需要被渲染的頂點數量 以及 每一個頂點的計算量。

如果GPU的問題既不是由填充率或 內存帶寬引起的，那麼很可能就是由於頂點處理工作引起的。

我們可以通過以下方式來對頂點數量以及頂點計算量進行優化：

• 首先我們需要把目標瞄準減少沒有意義的網格頂點。即在遊戲中，玩家幾乎看不到細節的網格頂點 或者 在生成模型時導致的頂點過多，這些都會無形中給GPU造成多餘的開銷。在不影響視覺效果的前提下，我們應當儘可能使用頂點數較低的網格。
• Unity還提供了法線貼圖（normal mapping），這類紋理貼圖是用來實現一種幾何上的視錯覺，讓你對網格產生一種立體感。儘管這種技術會對GPU產生一定的消耗，但是它在很多場合收益大於開銷。
• LOD技術（Level of detail）,它是根據網格距離相機的遠近程度來調整模型，相當於是建立一個模型金字塔，根據相機距離模型的位置，對使用的模型進行切換，從而在離相機較遠時減少頂點的數量。具體請點擊 這裡。
• 頂點著色器是用來告訴GPU該怎麼繪製每個頂點。減少我們著色器中頂點部分的計算量也可以有效的提升GPU性能。

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